电(磁)场作用下的平衡态热力学

利用电磁场辅助强化物理和化学过程具有显著的效果,用热力学描述电磁作用过程是一种有效的理论方法。介绍了经典热力学的基本研究方法,将介质中的电磁能量密度分解为真空部分和纯介质部分,导出了介质中极化能和磁化能的微分式。利用能量公理建立了电(磁)场作用下系统的热力学基本微分式,通过定义对应的辅助函数导出了有应用价值的偏导数等式和熵方程。利用建立的电磁热力学理论分析了热电效应和压电效应等过程,总结了电磁热力学研究方法。工作初步将电磁学和热力学相结合,对相关的理论以实验研究有一定的参考意义。     

微波辅助萃取过程中的分子扩散系数

建立了微波萃取虎杖中白藜芦醇过程中的分子扩散势垒模型;结合粘度理论建立了分子扩散系数与活化能之间的关系;利用活化能的概念和微波吸收功率密度表达式得到微波作用下的扩散系数表达式。从表达式可以看出,微波作用下的扩散系数与目标萃取物质的密度、微波频率及萃取温度有关,与未加微波的情况比较扩散系数明显增大。在微波辅助萃取有效成分过程中,若萃取温度较高,应选择频率较高的微波进行萃取,以最大限度提高扩散系数;对可能发生热失控现象的物质进行提取时,萃取温度应选择在临界温度附近,此时扩散系数较大。     

除尘工艺过程中的节能技术分析

从节能技术的观点出发，针对除尘工艺过程中的能耗问题，从除尘工艺的选择、除尘过程中的耗能特点和降低能耗的措施进行了分析，提出了除尘工艺过程节能的方法和途径。     

热力学[火用]及其普遍化表达式的动力学特征

分析了功、热、能和[火用]的物理意义以及与热力学定律的关系，做功和传热是能和[火用]传递与转换的两种途径，从热力学第一定律定义的能量只有相对意义。[火用]是系统相对于环境所具有的做最大有用功的能力，相对于选定的环境，[火用]是系统的状态参量。常规的[火用]计算式是从热力学第一和第二定律导出的结果，从动力学的角度讨论了[火用]及其普遍化表达式的物理含义。[火用]起源于系统与环境的不平衡，如果系统与环境之间存在着某种（或几种）强度量差，在强度量差的推动下系统可能自动地变化到与环境相平衡的状态（寂态），在这样的过程中系统可以对外做功，这种做最大有用功的能力就是系统的[火用]。在能量公设的基础上，[火用]的微分被普遍地表示为强度量差与其共轭的广延量微分的乘积。[火用]的普遍化表达式完整地反映了[火用]的物理含义及其动力学特征，利用能量和[火用]的普遍化表达式导出了[火用]损失的普遍化表达式。     

化学势的普遍化表达式及其应用

化学势是判断热力学系统相平衡的依据,是物质相变、扩散和化学反应的推动力。以能量公理为基础,从热力学基本原理出发推广了化学势的定义,导出了外场作用下化学势的普遍化表达式。外场作用下的化学势不仅是温度、压强和组分摩尔分数的函数,还与外场的特征参数有关。利用该普遍化表达式导出了重力场、离心力场和电磁场作用下的化学势,尤其是电场作用下电介质的化学势。利用该化学势研究了电场作用下纯物质的气液相变过程,结果表明,电场作用可以使极性物质的蒸汽压略有上升,对非极性物质没有影响,该结论与实验相符。对外场强化萃取和蒸馏等传质过程提供了一种新的研究方法。     

外场作用下多组分质量传递Maxwell-Stefan方程及其应用：电场作用下球形颗粒中的扩散

Fick扩散定律只能用于没有外场作用下的二组分扩散过程,Maxwell-Stefan（MS）方程适用于外场作用下多组分系统中的质量传递过程。阐述了MS方程的物理意义,并由此将外场作用下普遍化MS方程的表达式改写为清晰且易于使用的形式。给出了在MS方程中常用的外场作用力的数学形式。Fick扩散定律是MS方程在没有外场作用下对二元理想流体扩散的应用;MS方程对离心分离和电解质扩散等过程的描述比传统的描述方法更全面。利用MS方程导出了欧姆定律,利用该结论可以通过测量电导率计算带电粒子的扩散系数。利用MS方程研究了电场作用下球形颗粒中的扩散过程,结果表明,该方程可以对电场强化质量传递过程给出有效描述。MS方程为外场作用下的质量传递过程提供了一种有效的理论研究方法。     

论溶液中外场对溶质扩散的协同强化作用

从液体似晶结构的“格子”理论出发,推导了有外场存在情况下溶液溶质扩散转移的动力学方程。通过与 Fick 定律形式比较,得到了有外场作用的溶液溶质扩散系数表达式,由此讨论了强化扩散传质过程中外场与化学势场的协同关系,即溶液溶质扩散传质流的大小不仅与各场强度量梯度的大小及系统的物性有关,还与外场同化学势场的配合有关。进一步分析得到:外场的引入之所以能够强化和控制溶液溶质扩散,其本质是外场的引入可对溶液的粘度产生影响,关于这一论点可由文献 [7] 的实验研究所证实,并与本文的理论研究结果一致。     

综合能源系统中包含多加热空间的能量网络方程

基于一种利用热水和电能联合给3个空间加热的模型,建立与之相应的能量网络,利用广义基尔霍夫定律建立能量网络方程,求解该方程得到能量网络中所有支路的工作状态。每增加一个加热空间,能量网络方程增加4个变量(2个强度量和2个广延量);相应增加2个强度量方程和由热负荷提供的2个约束条件,方程组封闭可解,表明建立的能量网络方程可推广到具有任意数量热负荷的能量网络。利用一组典型的数据计算3个热负荷能量网络中各设备的工作状态,结果与利用电网络和流体网络计算的结果相同,表明建立的能量网络方程及其求解方法可靠。本研究可为综合能源系统的分析和优化提供理论指导。     

超声波场强化解吸速率的机理及场协同分析

从分子动力学原理出发,提出了外场作用下的解吸动力学模型,分析讨论了超声场强化解吸速率的机理及超声场与吸附相分子振动之间的协同作用.根据超声条件下吸附相分子的受迫振动和非吸附相分子的波动,分别讨论了吸附相分子及非吸附相分子在超声波场中获得的能量并进行了数量级分析和比较.结果表明,在超声波场中吸附相分子比非吸附相分子获得更多的能量,一般要大10个数量级以上,这正是超声波场强化解吸速率的本质所在.进一步理论分析表明,对一定频率的超声波,能流越大解吸速率越大,这是与实验相符的;同时,在超声波能流一定的情况下,可使超声波频率达到吸附相分子的固有频率而使解吸速率强化,这是超声波场与吸附相分子振动之间协同的结果.     

微波辅助萃取中溶剂选择的节能机制

基于微波加热过程中的能量方程,推导出微波辅助萃取过程中溶液的温度变化与微波功率以及溶剂的摩尔热容的关系式。通过萃取溶剂的温度变化与萃取溶剂的密度和比热容等关系的分析,得出了选择密度和比热容之积与微波吸收系数的比值较小,以及沸点低的溶剂有利于节能的结论。该结论对指导微波辅助萃取过程中溶剂的选择具有重要意义。